十字路口交通信号灯(虚拟仪器Labview)讲解

虚拟仪器大型实验

课程名称：十字路口交通信号灯的设计学期： 2012—2013第二学期

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二〇一三年六月

十字路口交通信号灯的设计

【摘要】虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。

虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。

鉴于LabVIEW有诸多优点，这次我们将应用LabVIEW来完成一个十字路口交通灯系统的设计。

【关键词】虚拟仪器，LABVIEW，交通信号灯

目录

绪论......................................................................................第一章总体设计方案 (1)

1.1实现的功能 (1)

1.2总体思路 (1)

第二章程序的设计 (3)

2.1前面板的设计 (3)

2.2定时信号的产生 (4)

2.3时间信号的分段 (4)

2.4各组时间信号的动作 (5)

2.5循环的设计 (7)

第三章软件调试 (9)

第四章心得总结 (12)

附录 (13)

绪论

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW 图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。

美国国家仪器公司NI（National Instruments）最早提出的虚拟测量仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来。

“软件即是仪器”这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I/O部件来构建虚拟仪器。I/O部件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传感器。

虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。

LabVIEW是一种程序开发环境，由NI公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。

LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。

第一章总体设计方案

1.1 实现的功能

本次课程设计要完成一个十字交通信号灯的设计，这个交通信号灯系统能为向北和向东两个方向行驶的车辆指示能否通行。这个交通路口每一个方向上的红绿黄灯按绿—黄—红的顺序循环，每个循环的时间为70s，其中通行（绿灯）的时间为30s，等待通行（黄灯）的时间为5s，禁止通行（红灯）的时间为35s。当停止键按下时，循环停止。

1.2 总体思路

此次设计可以用十二盏灯来指示路口的红绿灯状况，它们分别是下文中的东红、东黄、东绿、北红、北黄、北绿、西红、西黄、西绿、南红、南黄、南绿。

信号灯按一定规律循环点亮，每盏红灯亮35秒，每盏黄灯亮5秒，每盏绿灯亮30秒。每个循环包括四个阶段。第一阶段：北黄、南黄、西红和东红灯点亮，时间为5秒。第二阶段：北红、南红、西绿和东绿灯点亮，时间为30秒。第三阶段：东黄、西黄、南红和北红灯点亮，时间为5秒。第四阶段：北绿、南绿、西红和东红灯点亮，时间为30秒。每个循环用时70秒。东西、南北两个方向分别放置一个时间显示器来显示离下一个信号到来的时间。

用计数器产生以秒为单位的计时信号，再将产生的时间信号进行分段，每到一个时间段时系统进行相应的动作。

总体流程如图1-1所示：

图1-1 总体流程图

第二章程序的设计

2.1 前面板的设计

前面板是VI的用户界面。创建VI时，通常应先设计前面板，然后在前面板上创建输入/输出任务。

本课程设计中前面板比较简单，只需要用十二盏灯、四个时间显示器、一个停止按键即可。其中的十二盏灯，红、黄、绿各四盏，在控件选板中选择指示灯，将它放在前面板合适的位置，单击鼠标右键，更改指示灯的属性，改变指示灯的大小，做出一个合适的指示灯，依同样的步骤可以做好另外十一个，将十二个灯均分为四组，每组都包含红黄绿三种颜色的灯，再用框将每组灯框起来，做成一个交通灯。在每组交通灯合适的位置放置一个数值显示控件作为交通灯的计时器。在前面板合适的位置放置一个开关按钮，控制循环的停止。这样交通灯系统的前面板就做好了。面板设计如图2-1所示。

图2-1 交通灯前面板示意图